提高辊道架使用寿命的研究

陆庆伟

(宝钢工程技术集团有限公司 上海201900)

1 前言

辊道是轧钢车间输送钢坯的主要设备，辊道设备重量占整个轧钢车间设备总重量的40%左右，是轧钢车间使用最多的设备。钢坯进出加热炉、在轧机上往复轧制、将终轧后的带钢输送到卷取机等工作均由辊道来完成[1]。

辊道设备结构示意图如图1所示，辊道通过轴承座固定在辊道架上，动力由电机提供，电机与辊道连接方式多为鼓形齿联轴器。

图1 辊道结构示意图

辊道输送过程中，容易受到钢坯的冲击，尤其是R1轧机至R2轧机之间的辊道，钢坯经R1轧制后，多数出现叩头现象，个别叩头严重的板坯在输送过程中对辊道架冲击很大。在这种工况下，如果辊道架不具备足够的稳定性及强度，会直接影响辊道输送的质量，辊道基础也容易碎裂、下沉，进而会导致联轴器、电机等备件消耗量的增加，更为严重的是，状态恶化的辊道，会划伤带钢下表面，影响产品质量。

辊道架的稳定性是辊道输送质量的关键所在。

2 改造方案

2.1设计简述

某热轧厂辊道功能状态不佳，具体表现为辊道基础碎裂、下沉、辊道梁断裂、联轴器及辊道备件消耗量大等情况；究其原因，辊道架本身强度不足，且辊道架与基础无防滑筋。根据现场实际情况对辊道架进行改造，设计优化前后辊道架截面如图2所示。

a)原设计 b)优化设计图2 辊道结构示意图

2.2设计计算

根据该厂相关数据，对相关区域的辊道底梁进行原设计、优化设计前后的受力分析，原始参数如下：

(1)板坯最大重量43t，宽度1.9m，长度12m，厚度240mm；

(2)板坯运行速度5m/s；

(3)底梁材质：ZG20SiMn，屈服强度295MPa；

(4)板坯最大叩头量：40mm；

(5)安全系数：δ=1.5～2(参照机械设计手册第一卷-许用应力与安全系数)。

使用以上参数经ANSYS模拟碰撞分析(如图3)，板坯碰撞辊子会产生2598225N的竖向力(如图4)和1656778N的横向力(如图5)，这两个方向的撞击力将全部作用于两侧的底梁(如图6)，经过应力分析，原底梁产生的最大应力为202.82MPa，且最大应力在扳手孔位置(如图7)，以上计算均取板坯碰撞的极端值，实际使用中的应力比极端值偏小，故该处根据经验取值安全系数为1.8，与最大应力相乘后达到360MPa，而底梁材料ZG20SiMn的最大屈服应力为295MPa，在长期使用中容易发生断裂。

图3 使用ANSYS模拟碰撞

图4 板坯碰撞产生的竖向力

图5板坯碰撞产生的横向力

图6 底梁受力分析

图7 原底梁应力分析

加厚腹板后的底梁经过应力分析，产生的最大应力为156.16MPa(如图8)，乘以安全系数后为280MPa，低于ZG20SiMn的屈服应力，新底梁的强度增加了1.3倍，更符合现场的实际情况，不会产生底梁断裂现象。

图8 新底梁应力分析

2.3其它

另外，原辊道架与辊道基础仅通过地脚螺栓连接，设计优化后新增图9所示的防滑筋，加大了辊道架与辊道基础的粘合力，可以进一步提高设备的稳定性，增加设备使用寿命。

图9 增加防滑筋的新底梁

3 结论

提出了增加辊道架腹板厚度、增加辊道架底板宽度、增设防滑筋等设计优化措施，来提高辊道架的稳定性及强度，从而提高使用寿命的设计方法；根据计算结果和实际使用效果检验，证明了该思路的正确性和有效性，达到了优化辊道设备状态的目的，具有一定的推广价值。